生物質燃燒機的穩燃及其結構優化分析
摘要：簡要論述了國內常見幾種生物質燃燒機的穩燃措施；介紹了ABT公司新近推出的’弓形’低NOx燃燒器；最后，提出了生物質燃燒機結構優化的建議。
 O引  言
    在我國燃煤火電機組中，對于著火和可燃性差的低揮發分煤，習慣上采用四角切圓的燃燒方式。這種燃燒方式容易實現分級燃燒，分級燃燒不僅有利于低揮發分煤的著火和燃燒穩定，而且對降低鍋爐的NOx排放也是一個重要措施。但四角切圓燃燒容易造成爐內結渣和爐膛水冷壁管的高溫腐蝕；對兀型鍋爐來說，爐膛出口的氣流殘余旋轉會造成水平煙道左右兩側嚴重的煙溫和流量偏差，成為過熱器和再熱器可靠運行的障礙。一般來說鍋爐容量越大，煙氣側偏差也越嚴重。
    相比之下，當鍋爐采用墻式（對沖）布置的旋流燃燒器時，在爐內結渣和煙溫偏差方面比四角切圓燃燒鍋爐具有明顯的優趑性，600MW機組爐膛出口煙溫偏差一般不會超過50～800C,經過調試還可降低到20℃以內。當爐膛出口煙溫偏差較小時過熱器和再熱器系統的設計可以大大簡化。所以，歐美等國的大型機組，除塔式鍋爐不存在高溫水平煙道外，絕大多數采用墻式布置的旋流燃燒器。我國進口的30QVIW和600MWII型鍋爐，許多也都采用墻式旋流燃燒方式。
    生物質燃燒機一般認為適合于揮發分Vad《25%，發熱量Q ar net< 17～19 M J敝g的中等以上質量煙煤的燃燒，當燃用低揮發分煤時需特別注意其穩燃問題。近一二十年來，國內對旋流燃燒器的穩燃和降低NOX排放等問題進行大量研究工作，但穩燃作為低揮發分煤墻式生物質燃燒機可靠運行的首要問題，至今仍未很好解決。本文在論述現有典型生物質燃燒機穩燃措施及流場的基礎上，對生物質燃燒機的結構優化作了近一步的分析。
1典型生物質燃燒機及其穩燃措施
    生物質燃燒機經過漫長的發展，有很多種結構形式，其共性和個性歸納如下：
    ( 1)-次風分為多流道以實現分級燃燒。分級燃燒不僅有利于降低NOx的排放，對品質較差和低揮發分燃料也是著火和穩燃不可缺少的措施。一般為雙流道（也稱雙調風燃燒器），若鍋爐單獨設有燃盡風(OFA)噴嘴，二次風可以認為是三流道，此外，還有四流道（主燃燒器二次風為三流道）的設計。
    多數雙調風燃燒器的內外二次風均為旋流，通道內裝有可調軸向旋流葉片，以適當調節旋流強度和配風比；欞據煤種和不同要求，也有內二次風為旋流、外二次風為直流的結構，國外還有內二次風直流、外二次風旋流的設計。
    (2)輸送煤粉的一次風有直流和旋流兩種形式。風粉氣流在進入燃燒器本體前一般都要經過一個90 0彎頭，因而在燃燒器一次風通道內會產生周向的煤粉不均。為消除這種周向不均，有采取一次風旋流的；有采取擋板或均流柱或收縮一擴散等不同措施，但一次風為直流。此外，還有一次風通道中加裝煤粉濃縮裝置的。
    (3)在燃燒器氣流最內層有設中心風管或不設中心風管兩種結構。對于帶中心風管的結構，中心風管內設置點火油槍。中心風可作為燃油風（鍋爐點火時）、燃燒器冷卻風或輔助調節風。中心風管的設置有利于中心回流區的生成，并增加風粉氣流與高溫煙氣的接觸加熱周界，有利于煤粉的著火和燃燒穩定。
    幾種典型生物質燃燒機的穩燃措施：
    DS燃燒器既可用于優質煙煤，也可用于劣質煙煤和貧煤，其結構特點和穩燃措施為：
    (1)采用直徑較大的中心風管以增加一次風與回流煙氣的接觸周界。    
(2)中心風管端部（出口）采取平直結構，一次風管端部加裝擴錐，內、外二次風端部也為外擴形，外擴形二次風噴口可推遲與一次風的過早混舍。
    ( 3)-次風通道內加裝旋流葉片，采用旋流方式消除煤粉氣流經過彎頭后產生的煤粉周向不均。
    (4)在一次風管內壁加裝齒環形穩燃器。
1 2 B&W公司的DRB型燃燒器
    B&W公司70年代推出的二次風雙流道均為旋流的燃燒器，常稱雙調節（或雙調風）燃燒器（D ualRegis ter Bu mer簡稱DRB），經過幾十年的發展有多種變形產品，在我國進口鍋爐和北京巴威公司生產的鍋爐中運用較多。
    B&W燃燒器在一次風管內不設中心風管，一次風為直流。在燃燒器前一次風管彎頭處安裝一塊偏流板，以改善風粉混合物過大的上下偏差，在一次風管內部設有擴流錐，以消除周向的煤粉不均，但這種結構又在一次風管內形成外濃內淡的風粉分布。故在一次風管出口內壁加裝類似于DS穩燃器的方齒穩燃環，以改善一次風出口的煤粉分布，并適當阻擋煤粉過快的向外擴散。
1 3徑向濃淡生物質燃燒機
    近年來我國對以煤粉氣流的濃淡分離作為煤粉穩燃和降低NOx排放的措施進行了廣泛的研究工作。對生物質燃燒機采用徑向煤粉濃淡分離已有廣泛報道。徑向煤粉濃淡分離原理和旋流燃燒器的基本結構大體類同，有以下幾個特點：
    (1)燃燒器設有中心風管，中心風管端部（出口）帶有擴錐。
    ( 2)-次風管和申心風管之間的環狀通道為一次風粉流道。其中設有煤粉的濃淡分離器，將煤粉氣流分離成濃淡兩股，靠近中心風管一股為濃煤粉氣流（煤粉顆粒也較粗）；另一股淡煤粉氣流（煤粉顆粒較細），包裹在濃煤粉氣流之外進入爐內。其設計意圖是使濃和粗的煤粉迅速進入或接近中心回流區，盡快接受高溫煙氣的加熱，以利于煤粉穩燃和完全燃燒。
    ( 3)-次風分內外兩個流道，內二次風為旋轉氣流，外二次風為直流。第1期顧瑋倫，等：生物質燃燒機的穩燃及其結構優化分析
2新型生物質燃燒機穩燃技術
2 1 ABT公司低NOx燃燒器
    美國ABT (A dvanced Bumer Technologies)公司在2004中國國際脫硫脫硝技術及設備展覽研討會（北京，2004年1 1月9日- 11日）上展示了一種新型低NOx生物質燃燒機。該燃燒器的剖面圖如圖10據ABT公司介紹，這種燃燒器火焰可調且穩定性高，而且還具有同時降低NOx排放和飛灰殘碳損失(UBC)以及減輕爐內結渣和水冷壁高溫腐蝕等優點。其結構特點如下：
    ( 1)-次風通道中除彎頭內設一塊均流板外，沒有任何阻擋煤粉氣流的其他部件，也不設中心風管，是一種開放式的一次風粉氣流通道。
    ( 2)-次風管出口采用一個核心部件，ABT公司稱之為弓形噴嘴(Segn en tedrlOZZb)o這個噴嘴可在一次風出口對煤粉濃度進行重新分配，使出口截面煤粉濃度均勻，有利于同時降低NOx和UBC;每個拱門上設置相應的穩燃葉片以便在其背面形成回流區。這個噴嘴還可產生湍流強烈的火焰，ABT公司認為低負荷穩燃性能良好。
    (3)內外二次風均為旋流，旋流葉片采用軸向可移動的擋板用人I調節。
    這種燃燒器可與燃盡風(OFA)噴嘴聯合使用，也可單獨使用，取決于對NOx排放的要求。
    ABT公司的燃燒器不設中心風管，穩燃葉片背流面形成的回流區是處于一次風粉氣流與二次風之間的空間與DS型燃燒器齒環穩燃器所產生的回流區相似，對于低揮發分煤的適應性如何，有待考驗。
3生物質燃燒機結構優化
    根據我國電廠目前燃料供應現狀，燃燒器應有較廣的燃料適應性，既能燒質量較好的煙煤，也能燒質量較差的煤，如劣質煙煤和低揮發分煤（貧煤，甚至無煙煤）。燃燒器還能滿足低負荷時燃燒的穩定性。
    燃燒器的設計在注意降低NOx排放和UBC損失的同時，不會造成爐膛和燃燒器的結渣以及水冷壁的高溫腐蝕。
    鍋爐燃燒問題是一個系統工程與很多因素有關，就燃燒器本身而言，應有多種適應和可調手段，為此提出如下優化的生物質燃燒機結構：
    (1)帶有中心風管，中心風管不僅有利于高溫煙氣回流的產生和增加其與一次風粉氣流的接觸面積，在正常運行時，還可作為一種調節配風和清除開放式燃燒器上結渣的手段。
    ( 2)-二次風比率按低揮發分煤設計，此時中心風率取最低值或取為零；當鍋爐燃燒質量較好或易著火的煙煤時，為避免燃燒中心太靠近噴口，造成燃燒器結渣或燒損，用中心風耐燃燒中心進行調節。并調節一二次風的比例。
    ( 3)-次風采用雙流道，內二次風為中等強度的旋流，外二次風采用旋流強度中等或中等偏低的旋流，風管出口呈擴錐結構，錐角不宜過大，以避免水冷壁結渣和高溫腐蝕。此外，內外二次風的比率應可方便調節，可考慮采用ABT燃燒器的調節方式。
    (4)中心風、一次風和內二次風的風量總和，不超過總風量的60～700A，以最大限度地抑制NOx的排放。
4結束語
    目前生物質燃燒機燃燒低揮發分煤的穩燃問題，還沒有徹底解冼針對我國電站鍋爐煤種多變等狀況，燃燒器應有多種調節手段，并根據對燃燒器的全面要求進行優化設計，從而設計出適合我國國情的、切實可行的新型低NOx燃燒器，以解決日益緊迫的氮氧化物排放問題。